專利名稱：：帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：目前，太陽能熱發(fā)電技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。通常使用的太陽能熱發(fā)電技術(shù)的系統(tǒng)種類和系統(tǒng)特征概述如下1、拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽式拋物面反射鏡達(dá)到聚光要求的太陽能熱發(fā)電形式，槽式拋物面對太陽多進(jìn)行一維跟蹤，其聚光比在4080之間，集熱工質(zhì)的溫度一般低于40(TC。系統(tǒng)通常由聚光集熱裝置、蓄熱裝置、發(fā)電裝置或/和輔助能源裝置(如鍋爐)等組成。拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)目前普遍采用導(dǎo)熱油作為集熱工質(zhì)，低溫導(dǎo)熱油經(jīng)油泵被送入到太陽能集熱管，被加熱到39(TC左右，成為高溫導(dǎo)熱油，高溫導(dǎo)熱油依次通過蒸汽再熱器、過熱器、蒸發(fā)器和預(yù)熱器等裝置，將收集到的太陽能傳遞到蒸汽循環(huán)中，產(chǎn)生37(TC左右的過熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機中做功。通常，系統(tǒng)中導(dǎo)熱油回路和蒸汽回路解耦運行。拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在美國已經(jīng)具有大規(guī)模商業(yè)化運行的經(jīng)驗，目前的主要障礙是集熱工質(zhì)溫度不高，動力子系統(tǒng)的熱效率偏低；同時，蓄熱子系統(tǒng)主要以價格昂貴的導(dǎo)熱油為作為集熱、蓄熱工質(zhì)，初投資較大，約占系統(tǒng)總投資的25%左右。由于幾何聚光比的制約，單純的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步提高性能、降低發(fā)電成本的難度較大。2、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)塔式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)也稱為集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)聚光裝置的聚光比通常在200700之間，系統(tǒng)最高運行溫度可達(dá)到1500°C。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)通常由定日鏡、吸熱器、蓄熱裝置、蒸汽產(chǎn)生裝置以及熱動裝置等部件組成。為最大限度的捕捉到太陽輻射，定日鏡通常采用雙軸跟蹤裝置。經(jīng)定日鏡反射的太陽輻射聚集到塔頂?shù)奈鼰崞魃?，加熱吸熱器中的熱傳輸工質(zhì)；蒸汽產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入動力子系統(tǒng)后實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，輸出電能；蓄熱裝置把富余部分的太陽能以熱的形式儲存起來，以平衡系統(tǒng)能量供需，延長太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的運行時間。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代后備受世人關(guān)注。目前，在世界范圍內(nèi)有多座示范電站正在運行或建設(shè)中。與拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相比，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的集熱溫度更高，易生產(chǎn)高參數(shù)蒸汽，熱動裝置的效率相應(yīng)提高。目前，吸熱器中的熱傳輸工質(zhì)通常采用蒸汽、熔鹽和空氣三種形式。當(dāng)吸熱工質(zhì)為蒸汽時，吸熱器的設(shè)計成熟，系統(tǒng)運行的安全性提高，但由于蒸汽的熱量難以儲存，一般采用蒸汽直接進(jìn)入汽輪機做功的方式，此時汽輪機的運行受太陽輻射不穩(wěn)定、不連續(xù)性的影響；當(dāng)吸熱工質(zhì)為熔鹽時，雖解決了高溫?zé)崃績Υ娴碾y題，但熔鹽在20(TC30(TC時會發(fā)生凝結(jié)，當(dāng)沒有太陽能輸入時，熔鹽在吸熱器中易發(fā)生凝結(jié)。目前，熔鹽工質(zhì)的存儲、輸運和蒸汽發(fā)生技術(shù)仍不成熟，處于研究探索階段；當(dāng)吸熱工質(zhì)為空氣時，由于空氣比熱小，吸熱器體積龐大，自耗電比例增大，系統(tǒng)難于大型化。為減小空氣的流量，吸熱器出口的空氣溫度相應(yīng)提高，這對吸熱器材料提出了更高的要求，系統(tǒng)運行的安全性降低。3、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以單個旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡為基礎(chǔ)，構(gòu)成一個完整的聚光、集熱和發(fā)電單元。采用雙軸跟蹤裝置，其聚光比一般在10003000之間。吸熱器吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱能，來加熱吸熱工質(zhì)，驅(qū)動熱機(如燃?xì)廨啓C、斯特林發(fā)動機或其它類型透平等)，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化。目前單個碟式系統(tǒng)的功率多為550kW，峰值發(fā)電效率可達(dá)29%，在太陽能熱發(fā)電的各種方式中，其效率最高。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于分散式動力系統(tǒng)，雖然可以將多個碟式裝置組成一個較大的發(fā)電系統(tǒng)，但它們原則上仍然是小型系統(tǒng)，不易于大型化；同時目前還沒有適合于碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的動力機械，其應(yīng)用受到了一定的限制。綜上所述，在以上三種太陽能熱發(fā)電技術(shù)中，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景最為明朗。本發(fā)明針對以蒸汽為吸熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，提出了以相變材料為低溫蓄熱工質(zhì)的雙級蓄熱方式，合理集成各子系統(tǒng)，優(yōu)化蓄能利用方式，在提高蓄能利用率的前提下降低蓄能投資成本，對塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展具有重要作用。
發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，以解決蒸汽蓄存困難的問題，克服以蒸汽為吸熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電方案中的汽輪機運行受太陽輻射不穩(wěn)定、不連續(xù)影響的困難。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、雙級蓄熱子系統(tǒng)和動力子系統(tǒng)，其中，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻射能量，將接收的太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)；雙級蓄熱子系統(tǒng)，用于存儲光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸入的熱能，并在太陽輻射能量不足時向動力子系統(tǒng)提供熱能；動力子系統(tǒng)，用于將接收的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能。上述方案中，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)包括定日鏡場、塔和吸熱器，定日鏡場接收并會聚太陽輻射能量，并將接收的太陽輻射能量反射傳遞給位于塔頂?shù)奈鼰崞?，加熱吸熱器中的水工質(zhì)，使水轉(zhuǎn)化為高壓過熱蒸汽，將太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，然后將高壓過熱蒸汽輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)。上述方案中，所述雙級蓄熱子系統(tǒng)包括高溫儲熱器和低溫儲熱器，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸出的高壓過熱蒸汽首先經(jīng)過高溫儲熱器，將高壓過熱蒸汽的顯熱全部或部分存儲在高溫儲熱器中，經(jīng)過高溫儲熱器存儲顯熱后的高壓過熱蒸汽轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽或低過熱度蒸汽，輸出給低溫儲熱器；低溫儲熱器存儲蒸汽的剩余顯熱和潛熱，經(jīng)過低溫儲熱器存儲潛熱后的飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水，循環(huán)返回給光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器。上述方案中，所述雙級蓄熱子系統(tǒng)在太陽輻射能量充足時儲存熱能，在太陽輻射能量不足時，動力子系統(tǒng)輸出的凝結(jié)水進(jìn)入低溫儲熱器，吸收熱量后轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，飽和蒸汽進(jìn)入高溫儲熱器被進(jìn)一步加熱轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽，過熱蒸汽循環(huán)進(jìn)入動力子系統(tǒng)，向動力子系統(tǒng)提供熱能。上述方案中，所述雙級蓄熱子系統(tǒng)在釋放所蓄存的能量時，低溫蓄熱器用于蒸汽的發(fā)生過程，將凝結(jié)水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽；高溫蓄熱器用于飽和蒸汽的過熱過程，將飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。上述方案中，所述高溫儲熱器中包含有高溫蓄熱工質(zhì)，該高溫蓄熱工質(zhì)為熔鹽，導(dǎo)熱油或混凝土；所述低溫儲熱器中包含有低溫蓄熱工質(zhì)，該低溫蓄熱工質(zhì)為中溫相變材料，或為高壓飽和水。上述方案中，所述高溫儲熱器和低溫儲熱器相互獨立，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的部分高溫高壓蒸汽的顯熱蓄存在高溫蓄熱器中，潛熱蓄存在低溫蓄熱器中，實現(xiàn)了不同品位能量的分級蓄存。上述方案中，所述動力子系統(tǒng)為一發(fā)電裝置，用于將熱能轉(zhuǎn)化為電能。上述方案中，所述發(fā)電裝置接收經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器輸入的高壓過熱蒸汽，或者接收經(jīng)由雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫儲熱器輸入的過熱蒸汽，將高壓過熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能；高壓過熱蒸汽被轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水輸出給光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器或雙級蓄熱子系統(tǒng)的低溫儲熱器。上述方案中，該系統(tǒng)在光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器與動力子系統(tǒng)之間進(jìn)一步包括一調(diào)溫減壓器，將吸熱器產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽經(jīng)調(diào)溫減壓后輸送給動力子系統(tǒng)。上述方案中，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用耦合方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽，經(jīng)調(diào)溫減壓器后進(jìn)入發(fā)電裝置，輸出電能。上述方案中，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用部分耦合方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量大于動力子系統(tǒng)需求時，多余蒸汽的能量將存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中；光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量不足時，雙級蓄熱子系統(tǒng)同時產(chǎn)生過熱蒸汽，供動力子系統(tǒng)使用。上述方案中，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用完全解耦方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽的能量完全存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中，動力子系統(tǒng)所需蒸汽的能量全部由雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中提供。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，在提高蓄能利用率和系統(tǒng)整體性能的基礎(chǔ)上可以選擇多種模式運行，并能夠根據(jù)能量品位不同而實行雙級蓄熱，不但解決了蒸汽蓄存困難的問題，而且克服了以往以蒸汽為吸熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電方案中的汽輪機運行受太陽輻射不穩(wěn)定、不連續(xù)影響的困難。2、高溫蓄熱器、低溫蓄熱器的蓄熱工質(zhì)選擇更加靈活，高溫蓄熱工質(zhì)可以選擇熔鹽、導(dǎo)熱油等；低溫蓄熱工質(zhì)可以選擇中溫相變材料、高壓飽和水等。3、高溫蓄熱器和低溫蓄熱器相互獨立，吸熱器產(chǎn)生的部分高溫高壓蒸汽的顯熱蓄存在高溫蓄熱器，潛熱蓄存在低溫蓄熱器中，實現(xiàn)了不同品位能量的分級蓄存。4、蓄熱器在釋放所蓄存的能量時，低溫蓄熱器用于蒸汽的發(fā)生過程，高溫蓄熱器用于飽和蒸汽的過熱過程。5、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的運行方式更加靈活，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)可以采用耦合、部分耦合和完全解耦的方式運行。耦合運行時，吸熱器產(chǎn)生的高溫高壓過熱蒸汽，直接進(jìn)入發(fā)電裝置，輸出電能；部分耦合運行時，吸熱器產(chǎn)生的部分過熱蒸汽進(jìn)入動力子系統(tǒng)發(fā)電，多余蒸汽的能量按品位不同分級蓄存在高、低溫蓄熱器中。當(dāng)太陽能輸入不足時，蓄熱裝置同時產(chǎn)生過熱蒸汽，使動力子系統(tǒng)有更長的高效運行時間；完全解耦運行時，吸熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽的能量完全蓄存在高溫蓄熱器、低溫蓄熱器中，動力子系統(tǒng)所需蒸汽的能量全部由高、低溫蓄熱器提供。6、本發(fā)明提供的這種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，采用雙運行模式的太陽能吸熱器，該太陽能吸熱器以蒸汽為吸熱工質(zhì)，實行雙運行模式，即，太陽能吸熱器生產(chǎn)高壓過熱蒸汽，可以直接驅(qū)動動力子系統(tǒng)，又可存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)中以間接產(chǎn)生過熱蒸汽。雙運行模式不僅提高了熱電轉(zhuǎn)化裝置對太陽輻射不穩(wěn)定的適應(yīng)性，而且為今后塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的大型化奠定寬廣的基礎(chǔ)。7、本發(fā)明提供的這種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，采用雙級蓄熱流程。為提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和延長系統(tǒng)運行時間而蓄存一定量的太陽能是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在本發(fā)明中采用了雙級蓄熱的流程結(jié)構(gòu)，即將吸熱器收集到的部分能量根據(jù)品位不同進(jìn)行分級存儲，高品位能量由高溫蓄熱器存儲，中品位的能量由低溫蓄熱器存儲；蓄熱器在釋放所蓄存的能量時，低溫蓄熱器存儲的能量用于蒸汽的發(fā)生過程，高溫蓄熱器存儲的能量用于蒸汽的過熱過程。雙級蓄熱的好處主要有①蓄熱工質(zhì)選擇更加合理，高溫蓄熱器可以選擇熔鹽、導(dǎo)熱油等作為蓄熱工質(zhì)，低溫蓄熱器可以選擇中溫相變材料及高壓飽和水作為蓄熱工質(zhì)。雙級蓄熱方式可以大幅減小價格昂貴的高溫蓄熱工質(zhì)的使用量，減小高溫蓄熱裝置的體積，從而降低蓄熱子系統(tǒng)的投資成本；②高溫蓄熱器、低溫蓄熱器功能獨立，工作條件穩(wěn)定，避免了單一蓄熱器中蓄熱和取熱過程的復(fù)雜控制環(huán)節(jié)；③技術(shù)風(fēng)險小，高溫蓄熱器的熱容量僅為低溫蓄熱器的20%左右，可以大幅降低高溫蓄熱技術(shù)給系統(tǒng)帶來的風(fēng)險。圖1為本發(fā)明提供的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為依照本發(fā)明第一個實施例的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作流程示意圖3為依照本發(fā)明第二個實施例的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作流程示意圖。具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)至少包括光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、雙級蓄熱子系統(tǒng)和動力子系統(tǒng)。其中，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻射能量，將接收的太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)。雙級蓄熱子系統(tǒng)，用于存儲光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸入的熱能，并在太陽輻射能量不足時向動力子系統(tǒng)提供熱能。動力子系統(tǒng)，用于將接收的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能。上述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)包括定日鏡場、塔和吸熱器，定日鏡場接收并會聚太陽輻射能量，并將接收的太陽輻射能量反射傳遞給位于塔頂?shù)奈鼰崞?，加熱吸熱器中的水工質(zhì)，使水轉(zhuǎn)化為高壓過熱蒸汽，將太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，然后將高壓過熱蒸汽輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)。上述雙級蓄熱子系統(tǒng)包括高溫儲熱器和低溫儲熱器，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸出的高壓過熱蒸汽首先經(jīng)過高溫儲熱器，將高壓過熱蒸汽的全部或部分顯熱存儲在高溫儲熱器中，經(jīng)過高溫儲熱器存儲顯熱后的高壓過熱蒸汽轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽或低過熱度蒸汽，輸出給低溫儲熱器；低溫儲熱器存儲蒸汽的剩余顯熱和潛熱，經(jīng)過低溫儲熱器存儲潛熱后的飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水，循環(huán)返回給光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器。上述雙級蓄熱子系統(tǒng)在太陽輻射能量充足時儲存熱能，在太陽輻射能量不足時，動力子系統(tǒng)輸出的凝結(jié)水進(jìn)入低溫儲熱器，吸收熱量后轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，飽和蒸汽進(jìn)入高溫儲熱器被進(jìn)一步加熱轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽，過熱蒸汽循環(huán)進(jìn)入動力子系統(tǒng)，向動力子系統(tǒng)提供熱能。上述雙級蓄熱子系統(tǒng)在釋放所蓄存的能量時，低溫蓄熱器用于蒸汽的發(fā)生過程，將凝結(jié)水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽；高溫蓄熱器用于飽和蒸汽的過熱過程，將飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。上述高溫儲熱器中包含有高溫蓄熱工質(zhì)，該高溫蓄熱工質(zhì)為熔鹽，導(dǎo)熱油或為其他蓄熱工質(zhì)(例如混凝土等)；所述低溫儲熱器中包含有低溫蓄熱工質(zhì)，該低溫蓄熱工質(zhì)為中溫相變材料，高壓飽和水或為其他蓄熱工質(zhì)。上述高溫儲熱器和低溫儲熱器相互獨立，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的部分高溫高壓蒸汽的顯熱蓄存在高溫蓄熱器中，潛熱蓄存在低溫蓄熱器中，實現(xiàn)了不同品位能量的分級蓄存。上述動力子系統(tǒng)為一發(fā)電裝置，用于將熱能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電裝置接收經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器輸入的高壓過熱蒸汽，或者接收經(jīng)由雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫儲熱器輸入的過熱蒸汽，將高壓過熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能；高壓過熱蒸汽被轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水輸出給光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器或雙級蓄熱子系統(tǒng)的低溫儲熱器。該系統(tǒng)在光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器與動力子系統(tǒng)之間進(jìn)一步包括一調(diào)溫減壓器，將吸熱器產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽經(jīng)調(diào)溫減壓后輸送給動力子系統(tǒng)。光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用耦合方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽，經(jīng)調(diào)溫減壓器后進(jìn)入發(fā)電裝置，輸出電能。上述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用部分耦合方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量大于動力子系統(tǒng)需求時，多余蒸汽的能量將存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中；光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量不足時，雙級蓄熱子系統(tǒng)同時產(chǎn)生過熱蒸汽，供動力子系統(tǒng)使用。上述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用完全解耦方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽的能量完全存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中，動力子系統(tǒng)所需蒸汽的能量全部由雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中提供。再參照圖1，本發(fā)明提供的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括定日鏡場l、塔和吸熱器2、調(diào)溫減壓器3、高溫蓄熱器4、低溫蓄熱器5及發(fā)電裝置6。其中，定日鏡場1用于聚集太陽輻射并將其投射到吸熱器2中，2中以水為吸熱工質(zhì)，生產(chǎn)高壓過熱蒸汽。過熱蒸汽通過三通閥a的控制可直接進(jìn)入調(diào)溫減壓器3，調(diào)整溫度和壓力后進(jìn)入發(fā)電裝置6，輸出電能；過熱蒸汽也可通過三通閥a的控制依次通過高溫蓄熱器4和低溫蓄熱器5，將蒸汽的顯熱和潛熱分別存儲在高溫蓄熱器4和低溫蓄熱器5中，凝結(jié)水經(jīng)泵b加壓后返回吸熱器。過熱蒸汽還可通過三通閥a的控制，一部分經(jīng)調(diào)溫減壓器3進(jìn)入發(fā)電裝置6，輸出電能；另一部分依次進(jìn)入高溫蓄熱器4、低溫蓄熱器5，進(jìn)行蓄熱。當(dāng)太陽輻射輸入不足或沒有太陽能輸入時，發(fā)電裝置的部分凝結(jié)水經(jīng)過泵a加壓后進(jìn)入低溫蓄熱器5，吸熱后轉(zhuǎn)化成飽和蒸汽，飽和蒸汽在高溫蓄熱器4中被進(jìn)一步加熱，成為具有一定過熱度的過熱蒸汽后進(jìn)入發(fā)電裝置6，輸出電能。參照圖2，圖2為依照本發(fā)明第一個實施例的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作流程示意圖。圖2中各部件及相應(yīng)的標(biāo)記為1-太陽；2-定日鏡場；3-塔；4-吸熱器；5-顯熱換熱器；6-潛熱換熱器；7、20、22、23、26-泵；8-輔助鍋爐；9-高溫蓄熱裝置的熱罐；10-高溫蓄熱裝置的冷罐；ll-蒸汽過熱器；12-低溫蓄熱裝置的熱罐；13-低溫蓄熱裝置的冷罐；14-蒸汽發(fā)生器；15-調(diào)溫減壓器；16、21、24-閥門；17-汽輪機；18-發(fā)電機；19-凝汽器；25-三通閥。在圖2中，太陽輻射經(jīng)定日鏡場2聚集到吸熱器4上，吸熱器4中以蒸汽作為吸熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓過熱蒸汽。系統(tǒng)為完全解耦運行模式時，過熱蒸汽依次進(jìn)入顯熱換熱器5及潛熱換熱器6后凝結(jié)，凝結(jié)水經(jīng)泵7加壓后進(jìn)入吸熱器4。高溫蓄熱器由熱罐9、冷罐10及油泵22組成。來自冷罐10的蓄熱工質(zhì)進(jìn)入顯熱換熱器5中，被加熱后存儲在熱罐9中；低溫蓄熱器由熱罐12、冷罐13及水泵23組成。來自冷罐13的蓄熱工質(zhì)進(jìn)入潛熱換熱器6，被加熱到一定溫度后存儲于熱罐12中。發(fā)電裝置的給水sll先進(jìn)入蒸汽發(fā)生器14，吸收低溫蓄熱器中熱罐12的能量后產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽進(jìn)入蒸汽過熱器ll，吸收高溫蓄熱器中熱罐9的能量后變成過熱蒸汽，之后進(jìn)入汽輪機17，輸出電能。17的排汽在凝汽器19中凝結(jié)，凝結(jié)水經(jīng)泵20加壓后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器14，完成系統(tǒng)的解耦運行；當(dāng)系統(tǒng)以耦合方式運行時，吸熱器4產(chǎn)生的過熱蒸汽直接經(jīng)調(diào)溫減壓器15后進(jìn)入汽輪機發(fā)電，汽輪機排汽經(jīng)冷凝加壓后返回到吸熱器4中。當(dāng)吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量大于汽輪機額定蒸汽量時，多余部分的過熱蒸汽經(jīng)顯熱換熱器5和潛熱換熱器6，將其所含能量按品位不同進(jìn)行分級蓄存。當(dāng)吸熱器產(chǎn)生的蒸汽不能滿足汽輪機額定需求時，蓄熱裝置同時產(chǎn)生蒸汽，供給汽輪機使用。實施例1中設(shè)置了輔助鍋爐8，該鍋爐燃用常規(guī)的化石燃料，生產(chǎn)的蒸汽可直接進(jìn)入汽輪機，也可進(jìn)入蓄熱裝置。參照圖3，圖3為依照本發(fā)明第二個實施例的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作流程示意圖。圖3中各部件及相應(yīng)的標(biāo)記為1-太陽；2-定日鏡場；3-塔；4-吸熱器；5-顯熱換熱器；6-蒸汽蓄熱器；7-輔助鍋爐；8-高溫蓄熱裝置的熱罐；9-高溫蓄熱裝置的冷罐；lO-蒸汽過熱器；ll-調(diào)溫減壓器;12、18、19-閥門;13-汽輪機;14-發(fā)電機;15-凝汽器；16、17-泵。.在圖3中，太陽輻射經(jīng)定日鏡場2聚集到吸熱器4上，吸熱器4中以蒸汽作為吸熱工質(zhì)，產(chǎn)生過熱蒸汽。系統(tǒng)為完全解耦運行模式時，過熱蒸汽依次進(jìn)入顯熱換熱器5和蒸汽蓄熱器6;高溫蓄熱器由熱罐8、冷罐9和油泵17組成，來自9的蓄熱工質(zhì)進(jìn)入5，被加熱后存儲于熱罐8中；低溫蓄熱器為蒸汽蓄熱器6，蒸汽s2與過冷水進(jìn)行熱交換后變?yōu)橄鄳?yīng)壓力下的飽和水，存儲在蒸汽蓄熱器6中。通過控制出口壓力的方法，蒸汽蓄熱器6在減壓后生產(chǎn)滿足汽輪機13所需壓力的飽和蒸汽s13，之后，飽和蒸汽進(jìn)入蒸汽過熱器10，吸收高溫蓄熱器中熱罐8的高品位能量后變成過熱蒸汽s4，之后進(jìn)入汽輪機13，輸出電能，汽輪機的排汽在凝汽器15中凝結(jié)，凝結(jié)水經(jīng)泵16加壓后進(jìn)入吸熱器4;當(dāng)系統(tǒng)以耦合方式運行時，吸熱器產(chǎn)生的蒸汽通過調(diào)溫減壓器11后進(jìn)入汽輪機13，輸出電能，汽輪機的排汽經(jīng)過冷凝加壓后返回到吸熱器4。當(dāng)吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量大于汽輪機額定蒸汽量時，多余部分的過熱蒸汽經(jīng)顯熱換熱器5、蒸汽蓄熱器6，將其所含能量按品位分級蓄存。當(dāng)吸熱器產(chǎn)生的蒸汽不能滿足汽輪機需求時，蓄熱裝置同時產(chǎn)生蒸汽，供給汽輪機使用。該系統(tǒng)還設(shè)置了輔助鍋爐7，該鍋爐燃用常規(guī)化石燃料，生產(chǎn)的蒸汽可直接進(jìn)入汽輪機，也可進(jìn)入蓄熱裝置。本發(fā)明還分別對上述第一個實施例和第二個實施例進(jìn)行了模擬，對于第一個實施例，系統(tǒng)中的主要參數(shù)如表l所示，其熱力性能如表3所示。高溫蓄熱器和低溫蓄熱器的蓄熱工質(zhì)可根據(jù)實際情況加以選擇。對于第二個實施例，系統(tǒng)中的主要參數(shù)如表2所示，其熱力性能如表3所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>本發(fā)明所提出的雙級蓄熱塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)(吸熱器以水為吸熱工質(zhì))，適用溫度范圍為300°C700°C，高溫蓄熱工質(zhì)可采用熔鹽、導(dǎo)熱油等作為蓄熱工質(zhì)，低溫蓄熱工質(zhì)可采用中溫相變材料(相變溫度300°C370°C)或高壓飽和水等。本發(fā)明集成了雙級蓄熱的雙運行模式的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，對于降低大型化的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的蓄能投資和提高蓄能利用率方面具有無可比擬的優(yōu)越性，本發(fā)明對雙級蓄熱的塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的大型化性能預(yù)測如表3所示。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)吸的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)至少包括光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、雙級蓄熱子系統(tǒng)和動力子系統(tǒng)，其中，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻射能量，將接收的太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)；雙級蓄熱子系統(tǒng)，用于存儲光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸入的熱能，并在太陽輻射能量不足時向動力子系統(tǒng)提供熱能；動力子系統(tǒng)，用于將接收的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)包括定日鏡場、塔和吸熱器，定日鏡場接收并會聚太陽輻射能量，并將接收的太陽輻射能量反射傳遞給位于塔頂?shù)奈鼰崞?，加熱吸熱器中的水工質(zhì)，使水轉(zhuǎn)化為高壓過熱蒸汽，將太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，然后將高壓過熱蒸汽輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙級蓄熱子系統(tǒng)包括高溫儲熱器和低溫儲熱器，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸出的高壓過熱蒸汽首先經(jīng)過高溫儲熱器，將高壓過熱蒸汽的顯熱全部或部分存儲在高溫儲熱器中，經(jīng)過高溫儲熱器存儲顯熱后的高壓過熱蒸汽轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽或低過熱度蒸汽，輸出給低溫儲熱器；低溫儲熱器存儲蒸汽的剩余顯熱和潛熱，經(jīng)過低溫儲熱器存儲潛熱后的飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水，循環(huán)返回給光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙級蓄熱子系統(tǒng)在太陽輻射能量充足時儲存熱能，在太陽輻射能量不足時，動力子系統(tǒng)輸出的凝結(jié)水進(jìn)入低溫儲熱器，吸收熱量后轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，飽和蒸汽進(jìn)入高溫儲熱器被進(jìn)一步加熱轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽，過熱蒸汽循環(huán)進(jìn)入動力子系統(tǒng)，向動力子系統(tǒng)提供熱能。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙級蓄熱子系統(tǒng)在釋放所蓄存的能量時，低溫蓄熱器用于蒸汽的發(fā)生過程，將凝結(jié)水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽；高溫蓄熱器用于飽和蒸汽的過熱過程，將飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫儲熱器中包含有高溫蓄熱工質(zhì)，該高溫蓄熱工質(zhì)為熔鹽，導(dǎo)熱油，金屬蓄熱材料或混凝土；所述低溫儲熱器中包含有低溫蓄熱工質(zhì)，該低溫蓄熱工質(zhì)為相變材料，導(dǎo)熱油或為高壓飽和水。7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫儲熱器和低溫儲熱器相互獨立，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的部分高溫高壓蒸汽的顯熱蓄存在高溫蓄熱器中，潛熱蓄存在低溫蓄熱器中，實現(xiàn)了不同品位能量的分級蓄存。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述動力子系統(tǒng)為一發(fā)電裝置，用于將熱能轉(zhuǎn)化為電能。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電裝置接收經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器輸入的高壓過熱蒸汽，或者接收經(jīng)由雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫儲熱器輸入的過熱蒸汽，將高壓過熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能；高壓過熱蒸汽被轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水輸出給光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器或雙級蓄熱子系統(tǒng)的低溫儲熱器。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)在光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器與動力子系統(tǒng)之間進(jìn)一步包括一調(diào)溫減壓器，將吸熱器產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽經(jīng)調(diào)溫減壓后輸送給動力子系統(tǒng)。11、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用耦合方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽，經(jīng)調(diào)溫減壓器后進(jìn)入發(fā)電裝置，輸出電能。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用部分耦合方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量大于動力子系統(tǒng)需求時，多余蒸汽的能量將存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中；光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的蒸汽量不足時，雙級蓄熱子系統(tǒng)同時產(chǎn)生過熱蒸汽，供動力子系統(tǒng)使用。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)與動力子系統(tǒng)采用完全解耦方式運行，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的吸熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽的能量完全存儲在雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中，動力子系統(tǒng)所需蒸汽的能量全部由雙級蓄熱子系統(tǒng)的高溫蓄熱器和低溫蓄熱器中提供。全文摘要本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，公開了一種帶有雙級蓄熱的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、雙級蓄熱子系統(tǒng)和動力子系統(tǒng)，其中，光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻射能量，將接收的太陽輻射能量轉(zhuǎn)化為熱能，輸出給動力子系統(tǒng)或雙級蓄熱子系統(tǒng)；雙級蓄熱子系統(tǒng)，用于存儲光熱轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)輸入的熱能，并在太陽輻射能量不足時向動力子系統(tǒng)提供熱能；動力子系統(tǒng)，用于將接收的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并輸出電能。利用本發(fā)明，不但解決了蒸汽蓄存困難的問題，而且克服了以往以蒸汽為吸熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電方案中的汽輪機運行受太陽輻射不穩(wěn)定、不連續(xù)影響的困難。文檔編號F24J2/00GK101413719SQ200710175970公開日2009年4月22日申請日期2007年10月17日優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日發(fā)明者姚志豪,宿建峰,王志峰,袁建麗,金紅光,巍韓,湘黃申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所